在家重現阿基米德的偉大發現!浮力的秘密實驗室(底片盒+砝碼大公開)

我是 Science Trainer 桑子研,每一天攏是做實驗。

你洗澡的時陣,有毋有感覺身體忽然變輕、輕飄飄?其實,彼就是「浮力」咧發揮作用。人會當浮佇泳池頂,抑是幾千噸重的鐵船會當浮佇海面,背後攏是仝一種力量。

毋過,浮力到底是按怎決定的?「愈沉愈深,浮力就愈大?」、「物件愈重,浮力嘛會愈強?」這幾个看起來簡單、其實真有意思的問題,今仔日咱欲利用底片盒佮重錘這兩種隨手攏有的材料,親身來驗證。毋免特別的儀器,佇厝裡抑是教室就做會到,誠適合親身試看,請一定愛看落去!

◆愛準備的物件

底片盒(有蓋)、重錘(像螺帽就會使)、水槽抑是透明水桶、彈簧秤(量到2N左右就夠)、細繩(吊底片盒用)

順紲講一下,這馬已經真少看著底片盒矣,毋過 Amazon 等網路猶有咧賣。雖然毋知攏是啥人咧買,毋過有賣真正足感恩。

底片盒(Amazon)

實驗原理

想欲了解浮力,其實重點就是一個誠簡單的減法。

頭先先用彈簧秤量重錘佇空氣中的重量(重力),了後共重錘浸入水內,再讀彈簧秤的數值。空氣中的重量減掉水中的重量,彼个差,就是水共物件向頂推的力量,也就是浮力。

浮力(N)= 空氣中的重量(N)- 水中的重量(N)

實驗步驟

1. 先量空氣中的重量

共底片盒(內底囥重錘)吊佇彈簧秤頂,記錄猶未放入水前的重量(重力)。

這擺做兩組實驗。

實驗1:底片盒內底放70g重錘2个,加35g重錘1个,總共175g。

實驗2:底片盒內底放70g重錘1个,加35g重錘1个,總共105g。

這寡重錘原本是量水壓用的,這擺直接囥入底片盒來使用。

2. 一面沉入水內,一面量測

頭先先看重錘一半浸入水內的時,彈簧秤顯示偌濟。

了後共重錘完全放入水內,再量彼時彈簧秤的數值。

3. 繼續沉較深

等底片盒完全沉入水內了後,閣共伊放到較深的所在,再量一次彈簧秤。

這就是這个實驗上重要的重點。

若共物件沉到深海,浮力會閣較大?抑是其實攏無改變?

4. 換另外一種重量再做一次

換另外一組重錘,照頭前1到3的步驟重新做一遍。

利用重量無仝的重錘互相比較,就會當看出「重量佮浮力」到底有啥物關係。

結果佮討論

這就是實驗結果。

因為實際量測有加到底片盒本身的重量,所以空氣中的重量分別是1.8N佮1.1N。

・浮力的大小毋是看物件有偌重

只要底片盒的體積相仝,就算內底放的重錘愈重,浮力幾若攏無啥改變。

真濟人攏會想講:「愈重的物件,浮力應該嘛愈大。」其實毋是按呢。

若會當另外設計改變體積的實驗,兩者的差別就會閣較清楚。

・浮力佮沉落去偌深無關係(毋過,猶未完全沉入水內進前,浮力會一直改變)

當底片盒猶有一部分露出水面的時,浮力較細;愈沉愈深,浮力就愈大。

毋過,一旦全部沉入水內了後,就算閣放到更深的所在,浮力嘛保持仝款,毋會增加。

其實深海的魚仔,抑是潛水艇,攏遵守這个規則。

潛水艇會沉、會浮,並毋是因為水愈深浮力愈大,真正的原因是利用船體內底的壓載艙調整水佮空氣的量,改變家己的重量佮平均密度。

這个實驗,其實就是咱了解潛水艇運作原理的第一步。

透過這个結果,咱會真正體會著:「浮力是佮浸佇水內的體積成正比。」

重點毋是重量,是體積。

另外,原本看袂著的浮力,透過彈簧秤直接變做數字,嘛是這个實驗足迷人的所在。

利用身邊簡單的材料,就會當深入理解浮力真正的原理。

若你想欲進一步研究「物件為啥物會浮?為啥物會沉?」這種看起來簡單、其實足深的問題,無論是課堂教學抑是自由研究,這个實驗攏真值得試看。

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